中密度纤维板热压智能控制系统的研究

论文摘要

中密度纤维板生产过程由备料、纤维分离、干燥、施胶施蜡、铺装、热压、裁边等工序组成,其中热压工序是中密度纤维板生产过程中关键工序之一。热压过程各工艺参数的控制对中密度纤维板的质量影响较大,准确地控制热压过程各工艺参数,根据当前热压周期中各主要参数智能地调节热压过程,是最终生产出合格的产品、提高产品质量、提高生产经济效益的一个重要措施。本文在深入探讨热压过程中板坯成型的内在机理的基础上,根据生产工艺要求,以智能控制算法为核心,利用可编程控制器构成了基于现场总线的分布式智能控制系统,对中密度纤维板的各个生产过程进行分别控制,集中监控,以提高生产效率和产品质量。主要研究了如下内容:1、着重研究了中密度纤维板热压成型过程中内部热量和水分传递的机理、被压过程中板坯的物理力学行为及其变迁过程的机理、剖面密度分布形成及其变迁的机理,在总结前人研究成果的基础上,通过理论分析,根据在实际生产线上取得的实验数据,建立了板坯内热量传递及其温度分布的数学模型、水分传递及其含水率分布的数学模型、受压板坯的物理力学行为变迁及其板坯本构关系(即受压板的应力应变规律)的数学模型、纤维板剖面密度分布(VDP)形成的数学模型。利用以上模型创造性地提出了准确计算热压时间的方法,并可以之预测产品的密度分布情况,为热压工艺的设计和进一步有效控制热压过程提供了理论依据。2、初次在中密度纤维板生产的热压过程中运用了模糊PID调节的智能控制手段,实现对热压压力的模糊PID调节,按照模糊规则给出其PID调节参数,并结合可编程控制器(PLC)实现对热压过程的优化控制。初步尝试了基于板材密度的闭环过程控制,突破了以往完全根据经验按照设定工艺曲线控制热压过程的工艺流程。3、尝试了使用先进的γ、β射线等检测技术实现对纤维板成板分层密度的实时在线检测;建立了基于PROFIBUS现场总线技术的分布式智能控制系统(DCS),采用现场总线技术通过一定的配置组态构成了控制网络,实现中密度纤维板生产线在生产控制上的离散化、网络化和智能化;采用PLC(可编程控制器)作为现场监控级,对生产过程涉及的各个工段及其控制参数进行基于智能控制算法的现场调节;根据输入输出点数的多少进行PLC的硬件组态并编写了PLC的热压控制程序;利用组态软件WINCC编写了上位机监控的人机界面,实时显示各工段的技术状况,实现工艺曲线的设定和显示。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 中密度纤维板发展现状
• 1.1.1 国内外中密度纤维板生产状况
• 1.1.2 我国中密度纤维板生产线的现状
• 1.2 计算机控制技术在中密度纤维板生产中的应用
• 1.3 中密度纤维板生产技术的发展方向
• 1.4 本研究的目的和意义
• 1.4.1 当前中密度纤维板生产中需要研究和解决的问题
• 1.4.2 研究的主要内容及技术路线
• 2 热压工艺过程中各参数之间内在关系模型的建立
• 2.1 影响中密度纤维板生产质量的主要因素
• 2.1.1 传统热压成型工艺
• 2.1.2 近年来对传统热压工艺的改进
• 2.1.3 影响中密度纤维板热压过程的主要因素
• 2.2 热压过程中板内传热传质机理的分析
• 2.2.1 前人在热压成型机理方面的探索
• 2.2.2 理论分析及边界条件的设定
• 2.2.3 热压过程中板坯的物理模型
• 2.2.4 热传递及板坯内温度变化规律
• 2.2.4.1 板坯内导热理想数学模型的建立
• 2.2.4.2 实用数学模型的建立及验证
• 2.2.5 含水率分布的情况
• 2.2.6 受压板坯的应力应变的规律
• 2.2.6.1 木材压缩流变特性概述
• 2.2.6.2 中密度纤维板热压过程中的流变特性
• 2.2.6.3 板坯本构关系
• 2.2.6.4 模型计算结果与试验值的比较
• 2.2.6.5 热压系统的压力变化规律的确定
• 2.2.7 板材剖面密度（VDP）的形成
• 2.3 小结
• 3 热乐过程的模糊PID控制
• 3.1 热压工艺中的压力控制分析
• 3.2 关于模糊控制理论
• 3.2.1 模糊控制的基本原理
• 3.2.1.1 模糊控制系统
• 3.2.1.2 模糊控制器
• 3.2.1.3 模糊控制器结构的确定
• 3.2.1.4 模糊控制规则的设计
• 3.2.1.5 精确量的模糊化利模糊量的精确化
• 3.2.1.6 论域、量化因子、比例因子的选择
• 3.2.1.7 模糊控制算法的实现
• 3.2.1.8 采样时间的选择
• 3.2.2 模糊PID控制器
• 3.3 热压压力的模糊PID控制
• 3.3.1 热压压力自动控制系统的构建
• 3.3.2 热压压力自动控制系统硬件的选择
• 3.3.3 热压模型
• 3.3.3.1 传递函数的获得
• 3.3.3.2 PID控制的参数整定和仿真
• 3.3.4 热压系统的模糊PID控制
• 3.3.4.1 热压工艺中模糊PID控制算法
• 3.3.4.2 输入输山量的模糊化
• 3.3.4.3 Fuzzy-PID参数模糊规则表的建立
• 3.3.4.4 模糊关系的获得
• 3.3.4.5 重心法（centroid）玄模糊化
• 3.3.5 利用模糊工具箱殴计模糊PID控制器
• 3.3.5.1 Matlab及simulink简介
• 3.3.5.2 模糊推理系统编辑器（Fuzzy）
• 3.3.5.3 隶属度函数编辑器（Mfedit）
• 3.3.5.4 模糊规则编辑器（Ruledit）
• 3.3.5.5 模糊规则浏览器（Rulerview）
• 3.3.6 模糊控制系统的MATLAB仿真验证
• 3.3.6.1 加PID调节器的压力控制系统仿真研究
• 3.3.6.2 加模糊控制器的乐力自动控制系统
• 3.3.6.3 仿真结果与分忻
• 3.4 对控制系统的试验验证
• 3.5 小结
• 4 中密度纤维板（MDF）的密度及其影响参数的在线检测
• 4.1 MDF的几种密度
• 4.1.1 平均密度（板内密度）
• 4.1.2 剖面密度（断面密度梯度）
• 4.2 影响中密度纤维板平均密度的工艺因素
• 4.2.1 原材料的影响
• 4.2.2 胶粘剂的用量
• 4.2.3 纤维分离度
• 4.2.4 制品厚度
• 4.3 影响剖面密度的工艺因素
• 4.3.1 树种及纤维形态
• 4.3.2 板坯含水率及其分布
• 4.3.3 热压温度
• 4.3.4 热压压力
• 4.3.5 压机闭合速度
• 4.3.6 板材的目标密度与厚度
• 4.4 中密度纤维板（MDF）生产过程中密度的在线检测
• 4.4.1 国内情况
• 4.4.2 国外情况
• 4.4.3 影响密度的各工艺因素的在线检测
• 4.4.3.1 红外技术用于铺装线纤维含水率在线检测
• 4.4.3.2 电子秤用于纤维铺装重量的检测与控制
• 4.4.3.3 铺装密度检测与控制
• 4.4.3.4 热压生产线上产品密度的检测与控制
• 4.4.3.5 产品的平均密度和剖面密度的检测
• 4.5 小结
• 5 基于可编程控制器的MDF热压工艺参数的检测与控制
• 5.1 双钢带连续平压法生产MDF的热压工艺控制
• 5.1.1 板厚变化
• 5.1.2 热压压力
• 5.1.3 热压温度
• 5.1.4 钢带速度
• 5.1.5 板坯含水率
• 5.2 热压系统的控制方案的确立
• 5.3 可编程控制器（PLC）及应用
• 5.3.1 PLC的工作原理
• 5.3.2 PLC的应用领域
• 5.4 基于可编程控制器（PLC）的热压控制系统
• 5.4.1 控制原理
• 5.4.2 系统的硬件构成和地址分配
• 5.4.3 传感器的选择
• 5.4.4 模拟量的数据采集
• 5.4.5 系统温度PID控制
• 5.4.5.1 PID控制原理
• 5.4.5.2 PLC的PID调节指令
• 5.4.5.3 温度的PID调节
• 5.4.6 系统压力的模糊白适应PID控制
• 5.4.6.1 模糊PID控制原理
• 5.4.6.2 压力的模糊PID控制
• 5.5 系统抗干扰措施
• 5.6 小结
• 6 基于PROFIBUS的分布式智能控制系统及其监控界面的设计
• 6.1 关于分布式控制系统
• 6.1.1 典型集散控制系统（DCS）的结构、组成及特点
• 6.1.2 现场总线控制系统（FCS——Field Bus Control System）
• 6.1.3 集散控制系统（DCS）与现场总线控制系统（FCS）的关系
• 6.1.4 关于分布式智能控制系统
• 6.1.5 基于分布式人工智能系统的中密度纤维板工艺控制
• 6.2 基于PROFIBUS的中密度纤维板生产线分布式控制系统的建立
• 6.2.1 控制监控系统的总体结构
• 6.2.2 通讯任务的实现
• 6.2.2.1 PROFIBUS现场总线通讯
• 6.2.2.2 上位机间的网络通讯
• 6.2.3 相关的抗干扰措施
• 6.3 基于WINCC的中密度纤维板热压工段人机监控界面的设计
• 6.3.1 中密度纤维板热乐控制实时监控软件的构成
• 6.3.2 监控系统控制策略
• 6.4 小结
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 今后的研究方向
• 参考文献
• 附录
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果清单目录
• 致谢